RU2518045C2 - Method of pipette state monitoring, method of pipetting, pipetting device and suction pipe assembly for pipetting device - Google Patents
Method of pipette state monitoring, method of pipetting, pipetting device and suction pipe assembly for pipetting device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2518045C2 RU2518045C2 RU2010138578/28A RU2010138578A RU2518045C2 RU 2518045 C2 RU2518045 C2 RU 2518045C2 RU 2010138578/28 A RU2010138578/28 A RU 2010138578/28A RU 2010138578 A RU2010138578 A RU 2010138578A RU 2518045 C2 RU2518045 C2 RU 2518045C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipette
- liquid
- suction tube
- frequency
- pipetting
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
- G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
- G01F23/296—Acoustic waves
- G01F23/2965—Measuring attenuation of transmitted waves
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
- B01L3/02—Burettes; Pipettes
- B01L3/0275—Interchangeable or disposable dispensing tips
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/02—Analysing fluids
- G01N29/032—Analysing fluids by measuring attenuation of acoustic waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/24—Probes
- G01N29/2437—Piezoelectric probes
- G01N29/245—Ceramic probes, e.g. lead zirconate titanate [PZT] probes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/30—Arrangements for calibrating or comparing, e.g. with standard objects
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
- B01L2200/06—Fluid handling related problems
- B01L2200/0605—Metering of fluids
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
- B01L2200/14—Process control and prevention of errors
- B01L2200/143—Quality control, feedback systems
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2400/00—Moving or stopping fluids
- B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
- B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
- B01L2400/0433—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces vibrational forces
- B01L2400/0439—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces vibrational forces ultrasonic vibrations, vibrating piezo elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
- G01N35/10—Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
- G01N35/1009—Characterised by arrangements for controlling the aspiration or dispense of liquids
- G01N2035/1025—Fluid level sensing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
- G01N35/10—Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
- G01N35/1009—Characterised by arrangements for controlling the aspiration or dispense of liquids
- G01N35/1011—Control of the position or alignment of the transfer device
Abstract
Description
Изобретение относится к способу контроля состояния пипетки, которая включает всасывающую трубку и наконечник пипетки, способам пипетирования с использованием такого способа, пипетирующему устройству и узлу всасывающей трубки для пипетирующего устройства, при помощи которых эти способы могут быть реализованы.The invention relates to a method for monitoring the condition of a pipette, which includes a suction tube and a pipette tip, pipetting methods using this method, a pipetting device and a suction tube assembly for a pipetting device, with which these methods can be implemented.
В аналитике, например, часто бывает необходимо с большой точностью дозировать очень небольшие объемы жидкости, при этом используют, как правило, пипетки. И при этом для автоматизированного способа пипетирования важно точно знать состояние пипетки, то есть знать, в частности, исправное функционирование или объем наполнения. Кроме того, может быть полезным знать момент времени, когда пипетка при приближении к жидкости контактирует с поверхностью жидкости.In analytics, for example, it is often necessary to dose very small volumes of liquid with great accuracy, and pipettes are used, as a rule. Moreover, for an automated pipetting method, it is important to know exactly the condition of the pipette, that is, to know, in particular, the proper functioning or volume of filling. In addition, it may be useful to know the point in time when the pipette in contact with the liquid contacts the surface of the liquid.
Согласно способу, который описан в документе US 5428997, имеющий форму штырька конец ультразвукового датчика погружают в жидкость. Чтобы получить момент времени погружения, осуществляют наблюдение за ультразвуковой резонансной частотой. В другом документе US 2003/0200801 А1 описан способ, в котором на наконечнике пипетки предусмотрены два концентрических электрода, которые при контакте с жидкостью закорачивают и, таким образом, могут подавать сигнал о достижении поверхности жидкости. В других способах применяются токопроводящие пипеточные наконечники, емкость которых при погружении в жидкость изменяется.According to the method described in US Pat. No. 5,428,997, the pin-shaped end of the ultrasonic sensor is immersed in a liquid. In order to obtain a time point of immersion, an ultrasonic resonance frequency is monitored. In another document US 2003/0200801 A1, a method is described in which two concentric electrodes are provided on the pipette tip, which, when in contact with the liquid, are short-circuited and thus can signal to reach the surface of the liquid. In other methods, conductive pipette tips are used, the capacity of which changes when immersed in a liquid.
Чтобы снизить риск загрязнения жидкости вследствие погружения, используют, например, сменные пипеточные наконечники. Особое исполнение соответствующих пипеточных наконечников, например, в форме токопроводящих наконечников или отдельных электродов приводит соответственно к высокой себестоимости.To reduce the risk of liquid contamination due to immersion, for example, replaceable pipette tips are used. The special execution of the corresponding pipette tips, for example, in the form of conductive tips or individual electrodes, respectively, leads to a high cost.
Описанный в документе US 5705750 способ измеряет расстояние до поверхности жидкости путем вычисления времени прохождения отправленного ультразвукового импульса в направлении поверхности жидкости, для чего необходимо соответствующее измерительное устройство.The method described in US Pat. No. 5,705,750 measures the distance to a liquid surface by calculating the travel time of a sent ultrasonic pulse in the direction of the liquid surface, which requires an appropriate measuring device.
В документе US 5465629 описан погружной датчик, в котором воздушный столб внутри пипетки приводят в колебание. В зависимости от того, открыто или закрыто всасывающее отверстие пипетки, когда пипетка находится, например, в жидкости, изменяется характеристика колебания воздушного столба во всасывающей трубке пипетки. Для возбуждения колебания в воздушном столбе используют источник звука. Если, с другой стороны, определяют момент времени погружения посредством обнаруживаемого повышения давления внутри пипетки, необходимо очень точно отрегулировать определенный поток воздуха через всасывающее отверстие пипетки.No. 5,465,629 describes an immersion sensor in which the air column inside the pipette is oscillated. Depending on whether the inlet opening of the pipette is open or closed, when the pipette is in, for example, a liquid, the oscillation characteristic of the air column in the inlet pipe of the pipette changes. To excite vibrations in the air column, a sound source is used. If, on the other hand, the immersion time is determined by means of a detectable increase in pressure inside the pipette, it is necessary to very precisely regulate a certain air flow through the suction port of the pipette.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ контроля состояния пипетки, способ пипетирования, узел всасывающей трубки для пипетирующего устройства и пипетирующее устройство, которые простым и экономически оптимальным образом обеспечивают прецизионный процесс пипетирования.An object of the present invention is to provide a method for monitoring the condition of a pipette, a pipetting method, a suction tube assembly for a pipetting device, and a pipetting device, which in a simple and cost-effective manner provide a precise pipetting process.
Эта задача решается за счет способа контроля состояния пипетки с признаками пункта 1 формулы изобретения, способа пипетирования с признаками одного из пунктов 19, 25, 28 или 30, узла всасывающей трубки для пипетирующего устройства с признаками пункта 31 или пипетирующего устройства с признаками пункта 42 формулы изобретения.This problem is solved by the method of monitoring the condition of the pipette with the characteristics of
Предпочтительные варианты осуществления являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.Preferred embodiments are the subject of the dependent claims.
Способ согласно изобретению служит для контроля состояния пипетки, которая включает всасывающую трубку и наконечник пипетки. Ультразвук подключен в стенку всасывающей трубки, и затухание ультразвукового сигнала измеряется в зависимости от частоты. Измеренное зависящее от частоты затухание сравнивают по меньшей мере с одним опорным измерением, зависящим от частоты затухания, или с основанной на опорных изменениях калибровочной кривой. Посредством сравнения определяют, находится ли пипетка в исправном рабочем состоянии и/или пипетка содержит жидкость или контактирует с ней.The method according to the invention serves to monitor the condition of the pipette, which includes a suction tube and a pipette tip. Ultrasound is connected to the wall of the suction tube, and the attenuation of the ultrasonic signal is measured as a function of frequency. The measured frequency-dependent attenuation is compared with at least one reference measurement depending on the attenuation frequency, or with a calibration curve based on reference changes. By comparison, it is determined whether the pipette is in good working condition and / or the pipette contains liquid or is in contact with it.
Отклонение от ожидаемой кривой может привести, например, к генерированию предупредительного сигнала.Deviation from the expected curve can lead, for example, to the generation of an alarm.
Таким образом, заявленный способ позволяет использовать для обнаружения затухание ультразвукового сигнала, которое происходит при подключении ультразвука в стенку пипетки. Колебания, возбужденные ультразвуком в системе, включающей стенку, наконечник пипетки и датчик ультразвука, очень чувствительно реагируют на изменения состояния пипетки. Если, например, пипетка повреждена или в ней отсутствует какая-нибудь часть, например наконечник пипетки, это отражается на затухании ультразвукового сигнала. Возбужденные в системе колебания реагируют, кроме того, очень чувствительно на дополнительное изменение распределения массы, которое, например, возникает при погружении пипетки в жидкость или при всасывании жидкости.Thus, the claimed method allows you to use to detect the attenuation of the ultrasonic signal, which occurs when ultrasound is connected to the pipette wall. Vibrations excited by ultrasound in a system including a wall, pipette tip and ultrasound probe react very sensitively to changes in the state of the pipette. If, for example, the pipette is damaged or there is no part in it, such as the tip of the pipette, this is reflected in the attenuation of the ultrasonic signal. The vibrations excited in the system also react very sensitively to an additional change in the mass distribution, which, for example, occurs when the pipette is immersed in the liquid or when the liquid is absorbed.
Для измерения зависящего от частоты затухания может быть отправлен, например, ультразвуковой сигнал в частотном диапазоне с определенной полосой частот, и измеренный сигнал оценивают при помощи анализирующего частоту измерительного прибора, например анализатора частотных сетей. В другом варианте реализации способа подключенную частоту со временем изменяют.For measuring a frequency-dependent attenuation, for example, an ultrasonic signal in the frequency range with a certain frequency band can be sent, and the measured signal is evaluated using a frequency analyzing measuring device, for example, a frequency network analyzer. In another embodiment of the method, the connected frequency changes over time.
Могут сравниваться, например, определенные выбранные характеристики, отдельные значения или кривая измеренного зависящего от частоты ультразвукового сигнала и опорного измерения. Опорное измерение может включать также введение одной или нескольких пороговых величин, превышение или занижение которых полученными измеренными значениями может быть оценено для обнаружения.For example, certain selected characteristics, individual values or a curve of a measured frequency-dependent ultrasonic signal and a reference measurement can be compared. The reference measurement may also include the introduction of one or more threshold values, the excess or understatement of which with the obtained measured values can be evaluated for detection.
При необходимости может быть также привлечена для сравнения полученная из опорных измерений в различных условиях комбинированная калибровочная кривая.If necessary, a combined calibration curve obtained from reference measurements under various conditions can also be used for comparison.
По меньшей мере, одно опорное измерение для сравнения измеренного зависящего от частоты затухания может быть осуществлено при помощи конструктивно аналогичной пипетки. Но особенно выгодно, если используется пипетка с всасывающей трубкой и наконечником, которую применяют также в процессе фактических измерений, чтобы исключить возможные погрешности вследствие различных конструктивных исполнений пипеток.At least one reference measurement to compare the measured frequency-dependent attenuation can be carried out using a structurally similar pipette. But it is especially beneficial if a pipette with a suction tube and a tip is used, which is also used in the process of actual measurements in order to exclude possible errors due to various designs of pipettes.
Зависящее от частоты затухание может измеряться, например, в определенные моменты времени. Выгодно осуществлять непрерывное измерение сигнала затухания, чтобы обеспечить непрерывное наблюдение.Frequency-dependent attenuation can be measured, for example, at specific points in time. It is advantageous to continuously measure the attenuation signal to provide continuous monitoring.
Преимущественным образом выбирают частотный диапазон измерения, в котором находится по меньшей мере одна собственная мода (собственный тип колебаний) применяемой системы. В этом случае, например, возможно простое сравнение значения резонансной частоты измеренного сигнала затухания со значением резонансной частоты опорного измерения или с калибровочной кривой, которая базируется на резонансных частотах в различных условиях. В другом варианте сравнивают резонансную амплитуду собственной моды. Могут быть введены для сравнения также другие характеристики собственной моды, как, например, полуширина пропускания или площадь собственной моды.Advantageously, a frequency range of measurement is selected in which at least one eigenmode (intrinsic vibration mode) of the system used is located. In this case, for example, a simple comparison of the value of the resonant frequency of the measured attenuation signal with the value of the resonant frequency of the reference measurement or with a calibration curve that is based on the resonant frequencies under different conditions is possible. In another embodiment, the resonant amplitude of the eigenmode is compared. Other characteristics of the eigenmode can also be introduced for comparison, such as, for example, the half-width of the transmission or the area of the eigenmode.
Особенно выгодно при этом, если устройство для реализации способа выбирают таким образом, что ультразвук подключен в стенку всасывающей трубки таким образом, что возбуждается множество поперечных мод. Преимуществом в этой связи является, если, например, пьезоактюатор закреплен на всасывающей трубке таким образом, что на всасывающую трубку оказываются преимущественно сдвигающие усилия. Поперечные моды проявляют, например, очень высокую чувствительность в отношении изменения распределения массы, возникающего при погружении наконечника пипетки в жидкость.In this case, it is especially advantageous if the device for implementing the method is chosen in such a way that the ultrasound is connected to the wall of the suction tube in such a way that many transverse modes are excited. An advantage in this regard is if, for example, the piezo actuator is fixed to the suction tube so that predominantly shear forces are exerted on the suction tube. Transverse modes exhibit, for example, a very high sensitivity with respect to changes in the mass distribution that occurs when a pipette tip is immersed in a liquid.
Простой вариант реализации заявленного способа предусматривает, что для подключения ультразвука в стенку всасывающей трубки используется пьезоактюатор. Пьезоактюатор выгоден по себестоимости и может быть просто закреплен, например, на наружной стенке всасывающей трубки. Он может включать, например, свинец-цирконат-титанатную керамику.A simple implementation of the inventive method provides that a piezo actuator is used to connect ultrasound to the wall of the suction tube. The piezo actuator is cost-effective and can simply be mounted, for example, on the outer wall of the suction tube. It may include, for example, lead-zirconate-titanate ceramics.
Для повышения чувствительности актюатора, например, на момент времени погружения, глубину погружения или высоту наполнения пипетки с пьезоактюатором может взаимодействовать дополнительная масса. За счет такой дополнительной массы могут, например, увеличиваться количественные изменения частоты или затухания при погружении пипетки, или при всасывании жидкости в пипетку, или при выталкивании жидкости из пипетки.To increase the sensitivity of the actuator, for example, at the time of immersion, the depth of immersion or the filling height of the pipette, an additional mass can interact with the piezo actuator. Due to this additional mass, for example, quantitative changes in the frequency or attenuation may increase when the pipette is immersed, or when the liquid is sucked into the pipette, or when the liquid is ejected from the pipette.
Простой вариант реализации способа предусматривает при этом, что применяют дополнительную массу, которая прикреплена или, проще, приклеена на обращенной от всасывающей трубки стороне пьезоактюатора. Особенно предпочтительна дополнительная масса, которая равна от 0,1 до 10 масс всасывающей трубки, предпочтительно от 0,5 до 2 масс всасывающей трубки.A simple embodiment of the method provides that they use an additional mass, which is attached or, more simply, glued to the side of the piezoelectric actuator facing away from the suction tube. Particularly preferred is an additional mass which is from 0.1 to 10 masses of the suction tube, preferably from 0.5 to 2 masses of the suction tube.
Преимущественным образом пьезоактюатор может быть использован не только как излучатель ультразвуковых колебаний, но также как приемник ослабленного ультразвукового сигнала.Advantageously, a piezo actuator can be used not only as a transmitter of ultrasonic vibrations, but also as a receiver of a weakened ultrasonic signal.
Используемый для ультразвукового сигнала частотный диапазон определяют по специальным свойствам геометрии используемой пипетки, то есть, в частности, массы и материалов всасывающей трубки, используемого наконечника пипетки и, при определенных обстоятельствах, имеющейся дополнительной массы, причем преимущественным образом частотный диапазон выбирают при том условии, что может быть возбуждена собственная мода. Высокая чувствительность достигается, например, если ультразвуковые частоты выбирают из диапазона, который составляет от 1 до 10 значений соотношения скорости звука в пипеточном материале и характеристического изменения геометрических размеров пипетки, в частности ее длины.The frequency range used for the ultrasonic signal is determined by the special properties of the geometry of the pipette used, that is, in particular, the mass and materials of the suction tube, the pipette tip used and, under certain circumstances, the additional mass, moreover, the frequency range is preferably chosen provided that own mode can be excited. High sensitivity is achieved, for example, if the ultrasonic frequencies are selected from a range that is from 1 to 10 values of the ratio of the speed of sound in the pipette material and the characteristic change in the geometric dimensions of the pipette, in particular its length.
Чтобы избежать риска загрязнения, предпочтителен наконечник пипетки одноразового использования. С этой целью могут использоваться пипетки, состоящие из двух частей, при этом первая часть включает всасывающую трубку, а вторая часть - наконечник пипетки, который предпочтительно выполнен с возможностью отсоединения.To avoid the risk of contamination, a disposable pipette tip is preferred. For this purpose, two-part pipettes can be used, with the first part including a suction tube and the second part a pipette tip, which is preferably detachable.
Благодаря заявленному способу контроля состояния, в частности применительно к состоящим из двух частей пипеткам, можно констатировать, полностью ли пипетка укомплектована. Способ применим с успехом как автоматизированный способ с одноразовыми наконечниками пипеток, так как может быть проверено наличие наконечника пипетки без визуального контроля со стороны обслуживающего персонала. Отсутствие наконечника пипетки отражается в зависящем от частоты затухании ультразвука и таким образом хорошо засвидетельствовано. Особенно предпочтительным является вариант использования автоматизированного способа пипетирования, при котором робот параллельно обслуживает множество пипеток.Thanks to the claimed method of monitoring the condition, in particular with regard to two-part pipettes, it can be ascertained whether the pipette is fully equipped. The method is applicable with success as an automated method with disposable pipette tips, since the presence of a pipette tip can be checked without visual inspection by the maintenance personnel. The absence of the pipette tip is reflected in the frequency-dependent attenuation of the ultrasound and is thus well documented. Particularly preferred is the use of an automated pipetting method, in which the robot simultaneously serves many pipettes.
Заявленный способ контроля состояния пипетки предпочтительно может быть использован в процессе пипетирования. При этом заявленный способ позволяет, например, контролировать состояние пипетки, чтобы удостовериться, контактирует ли наконечник пипетки с пипетируемой жидкостью. С этой целью зависящее от частоты затухание может сравниваться с опорным измерением зависящего от частоты затухания, которое было осуществлено на пипетке, не соприкасающейся с жидкостью. Например, может быть точно обнаружено смещение или сглаживание сигнала резонансной частоты, так что может быть точно определен момент времени погружения.The claimed method of monitoring the condition of the pipette can preferably be used in the pipetting process. Moreover, the claimed method allows, for example, to control the condition of the pipette to make sure whether the tip of the pipette is in contact with the pipetted liquid. For this purpose, the frequency-dependent attenuation can be compared with a reference measurement of the frequency-dependent attenuation, which was carried out on a pipette that is not in contact with the liquid. For example, the bias or smoothing of the resonant frequency signal can be accurately detected, so that the immersion time can be precisely determined.
После детектируемого таким образом погружения в жидкость наконечника пипетки жидкость всасывается в пипетку. Затем жидкость вместе с пипеткой может быть перенесена в другое место и вновь удалена из пипетки.After the immersion of the pipette tip so detected in this manner, the fluid is sucked into the pipette. Then, the liquid together with the pipette can be transferred to another place and again removed from the pipette.
Особенно просто протекает такой вариант реализации способа, если пипетка с всасывающей трубкой и наконечником пипетки с некоторой точки над подлежащей пипетированию поверхностью жидкости опускается в направлении жидкости. Во время процесса опускания может быть измерено зависящее от частоты затухание, чтобы таким образом получить перед погружением опорный сигнал. Дальнейшее опускание приводит к тому, что наконечник пипетки контактирует с поверхностью жидкости, в результате чего изменяется зависящий от частоты сигнал затухания. Следовательно, в этом предпочтительном варианте реализации во время опускания пипетки в направлении жидкости измеряют зависящее от частоты затухание, чтобы на основе изменения зависящего от частоты сигнала затухания определить момент соприкосновения наконечника пипетки с поверхностью жидкости.This embodiment of the method is especially simple if the pipette with the suction tube and pipette tip drops from a point above the surface of the liquid to be pipetted in the direction of the liquid. During the lowering process, a frequency-dependent attenuation can be measured so as to obtain a reference signal before diving. Further lowering causes the pipette tip to come into contact with the surface of the liquid, resulting in a change in the frequency-dependent attenuation signal. Therefore, in this preferred embodiment, a frequency-dependent attenuation is measured during lowering of the pipette in the liquid direction so that, based on the change in the frequency-dependent attenuation signal, the moment of contact of the pipette tip with the surface of the liquid is determined.
Для характеристики процесса пипетирования в одном варианте реализации изобретения на основе зависящего от частоты сигнала затухания делают вывод о состоянии пипетки относительно глубины погружения в жидкость. Чем глубже наконечник пипетки погружается в жидкость, тем сильнее изменяется зависящий от частоты сигнал затухания относительно опорного измерения, в ходе которого пипетка находится вне жидкости.To characterize the pipetting process in one embodiment of the invention, on the basis of the frequency-dependent attenuation signal, a conclusion is made about the condition of the pipette relative to the immersion depth in the liquid. The deeper the pipette tip is immersed in the liquid, the more the frequency-dependent attenuation signal changes relative to the reference measurement, during which the pipette is outside the liquid.
В другом заявленном способе пипетирования во время всасывания жидкости в пипетку отслеживают зависящий от частоты сигнал затухания, чтобы таким образом получить информацию об отсосанном уже объеме жидкости, которое также оказывает воздействие на зависящее от частоты затухание. Затем всосанная жидкость может быть перенесена в другое место и вновь удалена.In another claimed pipetting method, a frequency-dependent attenuation signal is monitored while the liquid is being sucked into the pipette, so as to obtain information on the volume of liquid that has already been sucked out, which also affects the frequency-dependent attenuation. Then the sucked-in liquid can be transferred to another place and removed again.
Наконец, в следующем заявленном способе пипетирования на основе зависящего от частоты сигнала затухания, который прослеживают во время выталкивания жидкости из пипетки, может быть точно установлено, в какой момент времени пипетка в конце процесса пипетирования достигла состояния полного опорожнения. Для реализации этого способа зависящий от частоты опорный сигнал отслеживают во время процесса опорожнения.Finally, in the next claimed pipetting method, based on the frequency-dependent attenuation signal, which is monitored during the expulsion of liquid from the pipette, it can be precisely determined at what point in time the pipette at the end of the pipetting process has reached the state of complete emptying. To implement this method, a frequency-dependent reference signal is monitored during the emptying process.
Еще один заявленный способ пипетирования включает заявленный способ контроля состояния пипетки для определения характера жидкости, которая в процессе пипетирования находится в пипетке. Различные жидкости, например, различной плотности вызывают различное поведение затухания ультразвука во всасывающей трубке, в которой они находятся. В этом отношении сигнал затухания во всасывающей трубке путем сравнения с соответствующими опорными измерениями может быть использован также для определения характера жидкости. Могут быть привлечены для характеристики также другие физические или химические свойства жидкости, которые могут оказывать воздействие на затухание содержащей жидкость всасывающей трубки.Another claimed pipetting method includes the claimed method for monitoring the condition of the pipette to determine the nature of the liquid that is in the pipette during pipetting. Different liquids, for example, of different densities, cause different attenuation behavior of ultrasound in the suction tube in which they are located. In this regard, the attenuation signal in the suction tube by comparison with the corresponding reference measurements can also be used to determine the nature of the liquid. Other physical or chemical properties of the liquid that may affect the attenuation of the liquid-containing suction tube may also be involved.
В частности, при использовании заявленных способов для определения момента погружения, отслеживания уровня наполнения или процесса опорожнения могут выгодно комбинироваться несколько опорных измерений для получения калибровочной кривой.In particular, when using the claimed methods for determining the moment of immersion, tracking the level of filling or the emptying process, several reference measurements can be advantageously combined to obtain a calibration curve.
Изобретение также включает, в частности, комбинирование двух или большего числа заявленных согласно изобретению способов пипетирования или способов контроля состояния в процессе пипетирования.The invention also includes, in particular, combining two or more pipetting methods according to the invention or state control methods in a pipetting process.
Заявленный узел всасывающей трубки для пипетирующего устройства пипетирования жидкости содержит датчик ультразвука, который закреплен на всасывающей трубке и служит для подключения ультразвука в стенку всасывающей трубки. Управляющее устройство служит для управления датчиком ультразвука при излучении ультразвукового сигнала в заданном частотном диапазоне, приемное устройство предусмотрено для приема ослабленного ультразвукового сигнала.The claimed node of the suction tube for pipetting device pipetting liquid contains an ultrasound transducer that is mounted on the suction tube and serves to connect the ultrasound to the wall of the suction tube. The control device is used to control the ultrasound sensor when emitting an ultrasonic signal in a given frequency range, a receiving device is provided for receiving a weakened ultrasonic signal.
Наконец, узел всасывающей трубки согласно изобретению имеет всасывающее устройство, при помощи которого может быть создан вакуум во всасывающей трубке для всасывания жидкости во всасывающую трубку или прокачки жидкости через нее. При этом здесь может идти речь, например, о пипеточном всасывающем плунжере, который перемещается во всасывающей трубке.Finally, the suction tube assembly according to the invention has a suction device by which a vacuum can be created in the suction pipe to suck the liquid into the suction pipe or pump liquid through it. In this case, we can speak here, for example, of a pipette suction plunger that moves in the suction tube.
Такой узел всасывающей трубки согласно изобретению может быть использован, в частности, для заявленных способов пипетирования и заявленного способа контроля состояния. В частности, таким образом могут быть использованы одноразовые наконечники для пипетирования, которые насаживают на всасывающую трубку для формирования пипетки вместе с всасывающей трубкой. Подключение ультразвукового сигнала в стенку всасывающей трубки и измерение ослабленного ультразвукового сигнала может быть осуществлено вышеописанным образом для реализации заявленных способов.Such a suction tube assembly according to the invention can be used, in particular, for the claimed pipetting methods and the claimed state control method. In particular, disposable pipetting tips can be used in this way, which are mounted on the suction tube to form the pipette together with the suction tube. Connecting an ultrasonic signal to the wall of the suction tube and measuring the attenuated ultrasonic signal can be carried out in the manner described above to implement the claimed methods.
Предпочтительные варианты реализации заявленного узла всасывающей трубки проистекают аналогичным образом из описанных вариантов реализации заявленных способов и их преимуществ.Preferred embodiments of the claimed suction tube assembly result in a similar manner from the described embodiments of the claimed methods and their advantages.
В частности, для осуществления зависящего от частоты измерения в заявленном узле могут быть выполнены управляющее устройство и приемное устройство соответственно для управления и приема широкополосного или изменяющегося по времени ультразвукового сигнала.In particular, to implement a frequency-dependent measurement in the claimed node, a control device and a receiving device can be made, respectively, for controlling and receiving a broadband or time-varying ultrasonic signal.
В предпочтительном варианте реализации заявленного узла всасывающей трубки предусмотрено устройство для зависящей от частоты оценки ослабленного ультразвукового сигнала, преимущественным образом в отношении его резонансной частоты и/или его резонансной амплитуды. Благодаря такому обрабатывающему устройству может быть легко автоматизирован процесс пипетирования и отслеживание процесса пипетирования.In a preferred embodiment of the claimed unit of the suction tube, a device is provided for frequency-dependent evaluation of the attenuated ultrasonic signal, mainly with respect to its resonant frequency and / or its resonant amplitude. Thanks to such a processing device, the pipetting process and the tracking of the pipetting process can be easily automated.
Обрабатывающее устройство может включать также запоминающее устройство, в котором хранятся данные опорных измерений или составленных на их основе калибровочных кривых для сравнения.The processing device may also include a storage device in which data of reference measurements or calibration curves compiled on their basis are stored for comparison.
Если в заявленном узле всасывающей трубки датчик ультразвука предусмотрен на наружной стороне стенки всасывающей трубки, это исключает загрязнение датчика ультразвука жидкостью.If an ultrasound probe is provided on the outside of the wall of the suction tube in the claimed assembly of the suction tube, this eliminates liquid contamination of the ultrasound probe.
Применение дополнительной массы, которая взаимодействует с датчиком ультразвука, в частности склеена с ним, может способствовать повышению чувствительности датчика ультразвука. Предпочтительная величина дополнительной массы составляет от 0,1 до 10, предпочтительно от 0,5 до 2 масс всасывающей трубки.The use of additional mass, which interacts with the ultrasound sensor, in particular glued to it, can help increase the sensitivity of the ultrasound sensor. A preferred additional mass is from 0.1 to 10, preferably from 0.5 to 2, masses of the suction tube.
Особенно экономически выгодным и простым является использование пьезоактюатора как датчика ультразвука.Especially cost-effective and simple is the use of a piezo actuator as an ultrasound sensor.
Заявленный узел всасывающей трубки может быть неотъемлемой составной частью пипетки в целом. Однако особенно преимущественным является использование узла всасывающей трубки согласно изобретению в пипетирующем устройстве, по меньшей мере, с пипеткой, состоящей из двух частей, при этом первая часть заявленного узла включает всасывающую трубку, а вторая часть - наконечник пипетки. Чтобы обеспечить легкую замену наконечника пипетки, который может быть выполнен, например, как одноразовая деталь, особым преимуществом здесь является, если обе части пипетирующего устройства выполнены с возможностью отсоединения одна от другой, чтобы таким образом упростить процесс замены наконечника пипетки.The claimed node of the suction tube may be an integral part of the pipette as a whole. However, it is especially advantageous to use the suction tube assembly according to the invention in a pipetting device with at least a two-part pipette, the first part of the claimed assembly comprising a suction tube and the second part a pipette tip. In order to ensure easy replacement of the pipette tip, which can be performed, for example, as a disposable part, a particular advantage here is if both parts of the pipetting device are detachable from one another, thereby simplifying the process of replacing the pipette tip.
Ниже изобретение поясняется на основе примеров различных форм реализации и конструктивных исполнений, при этом делаются ссылки на схематичный чертеж, на котором представлены:Below the invention is explained on the basis of examples of various forms of implementation and designs, with reference to a schematic drawing, which presents:
фиг.1 - нижняя зона выполненного согласно изобретению пипетирующего устройства,figure 1 - the lower zone made according to the invention pipetting device
фиг.2 - зависящий от частоты сигнал затухания при различных глубинах погружения,figure 2 - depends on the frequency of the attenuation signal at various depths of immersion,
фиг.3 - диаграмма сигнала затухания в зависимости от глубины погружения пипетки,figure 3 - chart of the attenuation signal depending on the depth of immersion of the pipette,
фиг.4 - зависящее от частоты затухание при различных объемах наполнения пипетки и4 is a frequency-dependent attenuation for various volumes of filling of the pipette and
фиг.5 - диаграмма резонансной частоты в зависимости от объема наполнения.5 is a diagram of a resonant frequency depending on the volume of filling.
На фиг.1 показан нижний конец пипетки 10 с наконечником 14. Наконечник пипетки имеет отбортовку 16, при помощи которой его насаживают на всасывающую трубку 12. Наконечник 14 пипетки выполнен, например, из полипропилена.Figure 1 shows the lower end of the pipette 10 with the tip 14. The tip of the pipette has a flange 16, with which it is mounted on the suction tube 12. The tip 14 of the pipette is made, for example, of polypropylene.
Всасывающая трубка 12, представленная лишь частично, может быть использована в полностью автоматизированной роботосистеме пипетирования. Во всасывающей трубке находится известным образом всасывающий плунжер, который может приводиться в движение посредством моторного шпинделя, чтобы всасывать или выталкивать жидкость в пипетке.The suction tube 12, shown only partially, can be used in a fully automated pipetting robot system. A suction plunger is located in a suction tube in a manner known per se, which can be driven by a motor spindle to suck or eject fluid in a pipette.
В другой форме осуществления плунжер находится во внешнем устройстве, которое соединено с всасывающей трубкой при помощи шланга. Как альтернатива, к всасывающей трубке может быть также присоединено всасывающее устройство, например соответствующий насос.In another embodiment, the plunger is located in an external device that is connected to the suction tube by a hose. Alternatively, a suction device, such as a suitable pump, may also be connected to the suction tube.
Позицией 18 обозначен пьезоэлектрический актюатор, который используется как передатчик ультразвука и приемник ультразвука. Преимущественным образом используют элемент из пьезоэлектрического материала, например свинец-цирконат-титанатную керамику. Пьезоэлектрический актюатор 18 посредством подводящей линии 20, которая представляет собой, например, два тонких кабеля, соединена с непоказанным управляющим им обрабатывающим блоком, который содержит, например, соответственно запрограммированный микропроцессор.18 denotes a piezoelectric actuator that is used as an ultrasound transmitter and an ultrasound receiver. Advantageously, a piezoelectric element is used, for example, lead-zirconate-titanate ceramics. The piezoelectric actuator 18 by means of a
Пьезоактюатор 18 закреплен на всасывающей трубке 12, например, эпоксидным клеем. Он ориентирован таким образом, что преимущественно может совершать тангенциальное движение относительно всасывающей трубки 12, так что возбуждается множество поперечных мод.The piezo actuator 18 is mounted on the suction tube 12, for example, with epoxy glue. It is oriented in such a way that it can predominantly perform tangential motion relative to the suction tube 12, so that many transverse modes are excited.
На обращенной от всасывающей трубки 12 стороне пьезоактюатора 18 может быть помещена дополнительная масса 19, чтобы повысить чувствительность пьезоактюатора. Дополнительная масса может составлять, например, от 0,1 до 10 масс всасывающей трубки.An additional mass 19 may be placed on the side of the piezoelectric actuator 18 facing away from the suction tube 12 to increase the sensitivity of the piezo actuator. The additional mass may be, for example, from 0.1 to 10 masses of the suction tube.
Пьезоэлектрический актюатор выбран таким образом, что он может возбуждать колебания, в частности, в частотном диапазоне собственных мод колебательной системы из используемой всасывающей трубки 12 со вставленным наконечником 14 пипетки, актюатора 18 и, при необходимости, дополнительной массы 19. Как правило, такие собственные моды находятся в диапазоне от 10 до 80 кГц, которые могут хорошо возбуждать пьезоэлектрические свинец-цирконат-титанатные элементы.The piezoelectric actuator is selected in such a way that it can excite oscillations, in particular, in the frequency range of the eigenmodes of the oscillatory system from the used suction tube 12 with an inserted pipette tip 14, actuator 18 and, if necessary, additional mass 19. Typically, such eigenmodes are in the range from 10 to 80 kHz, which can well excite piezoelectric lead-zirconate-titanate elements.
Измерительная система, которая содержит управляющее и обрабатывающее устройство, выполнена таким образом, что может посылать на пьезоактюатор в высокочастотном интервале определенную энергию и измерять возвращающийся на пьезоактюатор 18 ослабленный ультразвуковой сигнал, при этом чувствительность находится, например, в диапазоне 10 мкВ. Чтобы измерить зависящее от частоты затухание, обрабатывающее устройство включает, например, анализатор частотных сетей. Обрабатывающее устройство выполнено таким образом, что измерение или измеренные характеристические значения сравнивают с хранящимися в запоминающем устройстве опорными измерениями или полученными на их основе калибровочными кривыми.The measuring system, which contains a control and processing device, is designed in such a way that it can send a certain energy to the piezo actuator in the high-frequency range and measure the attenuated ultrasonic signal returning to the piezo actuator 18, while the sensitivity is, for example, in the range of 10 μV. To measure the frequency-dependent attenuation, the processing device includes, for example, a frequency network analyzer. The processing device is designed in such a way that the measurement or the measured characteristic values are compared with the reference measurements stored in the storage device or with calibration curves derived from them.
На фиг.1 показана пипетка 10 в состоянии, в котором она находится вблизи поверхности 22 жидкости, предназначенной для пипетирования. С этой целью пипетка может быть опущена, например, при помощи робота для пипетирования в направлении А на поверхность 22 жидкости.Figure 1 shows the pipette 10 in a state in which it is located near the surface 22 of the liquid intended for pipetting. To this end, the pipette may be omitted, for example, by means of a pipetting robot in the direction A to the liquid surface 22.
Всасывающая трубка 12 подвешена, например, в роботе для пипетирования с максимальной возможностью гашения колебаний, так что возникающие в механической конструкции колебания не передаются на пипетку и измерение ослабленных ультразвуковых колебаний пьезоактюатором не подвергается искажению. Всасывающая трубка 12 в этом примере закреплена в роботе для пипетирования не жестко, чтобы жесткое крепление не создавало помех собственным модам, которые возбуждает пьезоактюатор 18 и гашение которых используют для измерения. Однако не исключается и жесткое крепление, если возникающие в данном случае колебания робота достаточно малы или принимаются в расчет при обработке измерения.The suction tube 12 is suspended, for example, in a pipetting robot with the maximum possibility of damping the vibrations, so that the vibrations arising in the mechanical structure are not transferred to the pipette and the measurement of attenuated ultrasonic vibrations by the piezo actuator is not distorted. The suction tube 12 in this example is not rigidly fixed in the pipetting robot so that the rigid fastening does not interfere with the eigenmodes that excite the piezo actuator 18 and whose quenching is used for measurement. However, rigid fastening is not excluded if the robot vibrations arising in this case are small enough or taken into account when processing the measurement.
Пипетку, показанную на фиг.1, используют следующим образом.The pipette shown in FIG. 1 is used as follows.
От управляющего и обрабатывающего устройства посредством подводящих линий 20 высокочастотный сигнал подается в пьезоактюатор 18, который находится, например, в диапазоне частот от 10 до 80 кГц. Это возбуждает во всасывающей трубке 12 собственные колебания. На фиг.2 кривая 100 показывает, например, затухание в децибелах, которое измеряется пипеткой, находящейся поверх зеркала 22 жидкости, и в этом отношении погружена в жидкость на 0 мм. Показано затухание подключенного ультразвукового колебания посредством возбуждения собственной моды в системе из всасывающей трубки 12 с наконечником 14 пипетки, актюатора 18 и, при необходимости, имеющейся дополнительной массы 19. Показаны измерения пипеткой с емкостью 1 мл.From the control and processing device through the
Возбужденные колебания во всасывающей трубке 12 приводят к деформации пьезоэлектрического актюатора, в результате чего в нем индуцируются электрические напряжения. При помощи соответствующего измерительного устройства электрическую реакцию системы сравнивают с высокочастотным сигналом возбуждения, при этом разность при возбуждении собственной моды является наибольшей. Собственную моду определяют главным образом свойства всасывающей трубки 12, наконечника 14 пипетки и имеющейся, при необходимости, дополнительной массы 19 или уплотнение массы элементов, предназначенной для пипетирования жидкостью.Excited vibrations in the suction tube 12 lead to deformation of the piezoelectric actuator, resulting in electric voltages being induced in it. Using an appropriate measuring device, the electrical response of the system is compared with a high-frequency excitation signal, and the difference in the excitation of the eigenmode is the largest. The intrinsic fashion is mainly determined by the properties of the suction tube 12, pipette tip 14 and the available, if necessary, additional mass 19 or compaction of the mass of elements intended for pipetting with liquid.
Теперь пипетку 10 перемещают, например, при помощи робота для пипетирования в направлении А к поверхности 22 жидкости. В тот момент, когда наконечник соприкасается с жидкостью, изменяется затухание. Резонансная частота смещается, и резонансная амплитуда уменьшается. На фиг.2 это показано на примере различных глубин погружения. Позиция 102 показывает сигнал с пипеткой, погруженной в жидкость на 1 мм, позиция 104 показывает сигнал с пипеткой, погруженной в жидкость на 2 мм, и позиция 106 показывает сигнал с пипеткой, погруженной в жидкость на 3 мм.Now the pipette 10 is moved, for example, using a pipetting robot in the direction A to the liquid surface 22. The moment the tip comes into contact with the liquid, the attenuation changes. The resonance frequency shifts, and the resonance amplitude decreases. In figure 2 this is shown as an example of various depths of immersion.
Возникает взаимосвязь между затуханием и резонансной частотой, как показано в форме диаграммы на фиг.3. Отрицательные значения для глубины погружения относятся к измерениям, в которых пипетка находится на соответствующем расстоянии над поверхностью жидкости, и в этом отношении они равны между собой. Диаграмма, подобная показанной на фиг.3, может быть использована, например, как калибровочная кривая, в данном случае после того, как проставленные опорные точки будут соединены кривой.There is a relationship between the attenuation and the resonant frequency, as shown in the form of a diagram in figure 3. Negative values for immersion depth relate to measurements in which the pipette is at an appropriate distance above the surface of the liquid, and in this respect they are equal to each other. A diagram similar to that shown in FIG. 3 can be used, for example, as a calibration curve, in this case after the affixed reference points are connected by a curve.
Если резонансная частота сигнала затухания смещается в сторону больших частот, это показывает, что пипетка погружена в жидкость. Сама глубина погружения может быть зафиксирована, например, на основе диаграммы, как показано на фиг.3.If the resonant frequency of the attenuation signal is shifted toward higher frequencies, this indicates that the pipette is immersed in the liquid. The immersion depth itself can be fixed, for example, based on a diagram, as shown in FIG.
Как только пипетка 10 своим наконечником 14 коснется жидкости или погрузится в нее, жидкость посредством робота для пипетирования известным образом при помощи всасывающей трубки пипетки может быть забрана в пипетку. При этом вновь может быть измерено зависящее от частоты затухание ультразвукового сигнала, который посредством пьезоактюатора 18 подключен в стенку всасывающей трубки 12. Соответствующие кривые измерений показаны на фиг.4, например, для пипетки емкостью 1 мл. Позицией 200 обозначена кривая измерения зависящего от частоты сигнала затухания при пустой пипетке. Позицией 202 обозначено измерение на пипетке, наполненной 25 мкл жидкости. Позицией 204 обозначена кривая измерения для пипетки, наполненной 50 мкл жидкости, а позицией 206 обозначена кривая измерения для пипетки, наполненной 75 мкл жидкости. Наконец, позицией 208 обозначено измерение затухания для пипетки, наполненной 100 мкл жидкости, а позицией 210 обозначена кривая измерения, осуществленного на пипетке, наполненной 150 мкл жидкости. Создается взаимосвязь для зависящего от частоты сигнала затухания с зависимостью от объема наполнения, как показано на фиг.5.As soon as the pipette 10 touches or immerses the liquid with its tip 14, the liquid can be drawn into the pipette by means of a pipetting robot in a known manner using a pipette suction tube. In this case, the frequency-dependent attenuation of the ultrasonic signal can be measured again, which is connected to the wall of the suction tube 12 by means of a piezoelectric actuator 18. The corresponding measurement curves are shown in Fig. 4, for example, for a 1 ml pipette. 200 indicates a measurement curve of a frequency-dependent attenuation signal with an empty pipette.
Из этой диаграммы для измеренной резонансной частоты можно установить, какой объем точно находится в пипетке. Такая диаграмма, как на фиг.5, может быть использована, например, как калибровочная кривая, в данном случае после того, как проставленные опорные точки будут соединены кривой.From this diagram, for the measured resonant frequency, you can determine which volume is exactly in the pipette. Such a diagram as in FIG. 5 can be used, for example, as a calibration curve, in this case, after the set reference points are connected by a curve.
В процессе опорожнения пипетки также может быть точно определено, вышла ли и соответственно когда вышла полностью жидкость из пипетки. С этой целью также может прослеживаться зависящее от частоты затухание и посредством сравнения с опорным измерением или калибровочной кривой может быть зафиксировано, согласно, например, фиг.5, когда сигнал соответствует сигналу пустой пипетки.In the process of emptying the pipette, it can also be accurately determined whether or not the fluid has completely left the pipette. For this purpose, a frequency-dependent attenuation can also be traced and, by comparison with a reference measurement or a calibration curve, can be detected, according to, for example, FIG. 5, when the signal corresponds to the signal of an empty pipette.
Как вариант показанной здесь диаграммы, может быть вычислена также резонансная амплитуда, которая также зависит от глубины погружения или объема наполнения, как это может быть отчетливо видно на фиг.2 и 4. Другие способы предусматривают обработку результатов по площади резонансной кривой или по полуширине пропускания.As a variant of the diagram shown here, a resonant amplitude can also be calculated, which also depends on the immersion depth or filling volume, as can be clearly seen in FIGS. 2 and 4. Other methods include processing the results by the area of the resonance curve or the half-width of the transmission.
Чувствительность пьезоактюатора 18 в момент погружения, на глубину погружения и объем наполнения в пипетке может быть повышен за счет дополнительной массы, составляющей, например, от 0,1 до 10 масс всасывающей трубки, которая приклеена на обращенной от пипетки стороне пьезоактюатора 18. Благодаря такой дополнительной массе увеличивается изменение частоты или затухания при погружении пипетки в жидкость или при всасывании жидкости в пипетку, или выталкивании жидкости из пипетки.The sensitivity of the piezoelectric actuator 18 at the time of immersion, to the depth of immersion and the volume of filling in the pipette, can be increased due to the additional mass, comprising, for example, from 0.1 to 10 masses of the suction tube, which is glued to the side of the piezo actuator 18 facing away from the pipette. The mass increases the change in frequency or attenuation when the pipette is immersed in the liquid, or when the liquid is sucked into the pipette, or when the liquid is expelled from the pipette.
До процесса и во время процесса пипетирования может осуществляться при помощи заявленного способа контроль того, находится ли пипетка в соответствующем условиям работы состоянии. Например, погрешность или неплотность в наконечнике пипетки или во всасывающей трубке отражается в измеренном зависящем от частоты сигнале затухания. Также если наконечник 14 пипетки не насажен на всасывающую трубку 12, это сказывается на зависящем от частоты сигнале затухания, который отклоняется от соответствующего опорного измерения.Before the process and during the pipetting process, it can be carried out using the inventive method to control whether the pipette is in an appropriate working condition. For example, an error or leaks in the pipette tip or in the suction tube is reflected in the measured frequency-dependent attenuation signal. Also, if the pipette tip 14 is not mounted on the suction tube 12, this affects the frequency-dependent attenuation signal, which deviates from the corresponding reference measurement.
После процесса пипетирования простой, экономный по себестоимости, изготовленный, например, из пропилена наконечник пипетки может быть заменен, чтобы избежать загрязнений жидкости при будущих измерениях.After the pipetting process, a simple, cost-effective pipette tip made of, for example, propylene, can be replaced in order to avoid fluid contamination in future measurements.
В заявленном способе и заявленных устройствах ультразвук подключен в стенку всасывающей трубки 12. Подключение во всасывающую трубку может быть реализовано просто, и оно проще, чем, например, подключение в объем пипетки. Оно может быть осуществлено при помощи пьезоактюатора в легкодоступном частотном диапазоне. Наконечник пипетки не требует особого выполнения или особых материалов, так что может быть изготовлен как элемент одноразового применения.In the claimed method and the claimed devices, ultrasound is connected to the wall of the suction tube 12. Connecting to the suction tube can be simple and simpler than, for example, connecting to the pipette volume. It can be carried out using a piezoelectric actuator in an easily accessible frequency range. The pipette tip does not require special execution or special materials, so it can be made as a disposable item.
Особенно предпочтительным является использование в автоматизированных способах пипетирования. Здесь роботом для пипетирования параллельно наполняются, при необходимости, пипетки в очень большом количестве и по нескольку пипеток одновременно, и удаляется из них забранная жидкость. При этом особенно важным здесь является то, что отдельные пипетки могут быть точно проверены и отслежены, так как оптический контроль со стороны обслуживающего персонала, как правило, не осуществляется. Заявленные способы и заявленные устройства являются в этом отношении особенно подходящими, так как обеспечивают точную проверку функционирования и контроль состояния. Кроме того, просто фиксируется уровень наполнения в пипетке и/или характер содержащейся в пипетке жидкости. Важным применением является, например, депонирование проб крови, сданной на анализ.Especially preferred is the use in automated pipetting methods. Here, if necessary, a very large number of pipettes and several pipettes are simultaneously filled with a pipetting robot, and the collected liquid is removed from them. Moreover, it is especially important here that individual pipettes can be accurately checked and monitored, since optical control by the operating personnel, as a rule, is not carried out. The claimed methods and the claimed devices are particularly suitable in this regard, as they provide an accurate verification of the functioning and state control. In addition, the filling level in the pipette and / or the nature of the liquid contained in the pipette are simply fixed. An important application is, for example, the deposit of blood samples submitted for analysis.
Перечень ссылочных позицийList of Reference Items
10 Пипетка10 Pipette
12 Всасывающая трубка12 Suction tube
14 Наконечник пипетки14 pipette tip
16 Отбортовка16 Flanging
18 Пьезоактюатор18 Piezo actuator
19 Дополнительная масса19 Additional mass
20 Подводящие линии20 Leading lines
22 Поверхность жидкости22 liquid surface
100, 102, 104 Зависящие от частоты сигналы затухания100, 102, 104 Frequency-dependent attenuation signals
106, 200, 202,106, 200, 202,
204, 206, 208204, 206, 208
210210
А Направление опусканияA direction of lowering
Claims (44)
вводят ультразвуковой сигнал в стенку всасывающей трубки, при этом ультразвуковой сигнал генерируют пьезоактюатором, установленным на указанной стенке всасывающей трубки, причем пьезоактюатор находится в контакте с дополнительной массой на стороне, обращенной от всасывающей трубки, при этом дополнительная масса выполнена для повышения чувствительности пьезоактюатора,
в зависимости от частоты измеряют зависящее от частоты затухание ультразвукового сигнала в стенке всасывающей трубки в заданном частотном диапазоне, содержащем множество частот,
посредством сравнения измеренного зависящего от частоты затухания в заданном частотном диапазоне, по меньшей мере, с одним опорным измерением зависящего от частоты затухания или с основанной на опорных измерениях калибровочной кривой определяют, содержит ли пипетка жидкость или контактирует ли с ней.1. A method for monitoring the condition of the pipette, which includes a suction tube and a pipette tip, in which
an ultrasonic signal is introduced into the wall of the suction tube, wherein the ultrasonic signal is generated by a piezo actuator mounted on the indicated wall of the suction tube, the piezo actuator being in contact with the additional mass on the side facing away from the suction tube, the additional mass being made to increase the sensitivity of the piezo actuator,
depending on the frequency, the frequency-dependent attenuation of the ultrasonic signal in the wall of the suction tube is measured in a given frequency range containing many frequencies,
by comparing the measured frequency-dependent attenuation in a given frequency range with at least one reference measurement of the frequency-dependent attenuation or with a calibration curve based on the reference measurements, it is determined whether the pipette contains or is in contact with the liquid.
погружают наконечник пипетки в жидкость, и
всасывают жидкость в наконечник пипетки,
при этом с помощью способа по п.1 проверяют, контактирует ли наконечник пипетки с жидкостью, а после погружения наконечника пипетки в жидкость - всасывается ли жидкость в наконечник пипетки.19. A method of pipetting a liquid with a pipette, which includes a suction tube and a pipette tip, in which
dip the pipette tip into the liquid, and
suck the liquid into the pipette tip,
while using the method according to claim 1, check whether the pipette tip is in contact with the liquid, and after immersion of the pipette tip in the liquid - whether the liquid is sucked into the pipette tip.
погружают наконечник пипетки в жидкость, и
всасывают жидкость в пипетку,
причем с помощью способа по п.1 определяют, содержит ли наконечник пипетки жидкость, и на основе зависящего от частоты сигнала затухания делают вывод относительно количества жидкости в пипетке.25. A method of pipetting a liquid with a pipette, which includes a suction tube and a pipette tip, wherein
dip the pipette tip into the liquid, and
absorb liquid into a pipette,
moreover, using the method according to claim 1, it is determined whether the pipette tip contains liquid, and based on the frequency-dependent attenuation signal, a conclusion is made regarding the amount of liquid in the pipette.
погружают наконечник пипетки в жидкость, и
всасывают жидкость в пипетку,
при этом с помощью способа по п.1 определяют, содержит ли пипетка жидкость, и на основе зависящего от частоты сигнала затухания делают вывод относительно характера жидкости в пипетке.28. A method of pipetting a liquid with a pipette, which includes a suction tube and a pipette tip, in which
dip the pipette tip into the liquid, and
absorb liquid into a pipette,
while using the method according to claim 1, it is determined whether the pipette contains liquid, and based on the frequency-dependent attenuation signal, a conclusion is made regarding the nature of the liquid in the pipette.
погружают наконечник пипетки в жидкость,
всасывают жидкость в пипетку, и
освобождают пипетку от жидкости;
при этом с помощью способа по п.1 проверяют, полностью ли пипетка освободилась от жидкости после процесса пипетирования. 30. A method of pipetting a liquid with a pipette, which includes a suction tube and a pipette tip, in which
dip the pipette tip into a liquid,
draw liquid into the pipette, and
release the pipette from the liquid;
however, using the method according to claim 1, it is checked whether the pipette is completely freed from the liquid after the pipetting process.
закрепленный на всасывающей трубке ультразвуковой датчик для введения ультразвукового сигнала в стенку всасывающей трубки, при этом ультразвуковой датчик находится в контакте с дополнительной массой, выполненной на стороне ультразвукового датчика, которая обращена от всасывающей трубки, при этом дополнительная масса выполнена для повышения чувствительности ультразвукового датчика,
управляющее устройство для управления ультразвуковым датчиком для излучения ультразвукового сигнала в заданном частотном диапазоне, содержащем множество частот,
приемное устройство для приема ослабленного ультразвукового сигнала в стенке всасывающей трубки в зависимости от частоты в заданном частотном диапазоне, и
всасывающее устройство для создания вакуума во всасывающей трубке для всасывания жидкости во всасывающую трубку или прокачки жидкости через нее.31. A suction tube assembly for a pipetting device, comprising:
an ultrasonic sensor mounted on the suction tube for introducing an ultrasonic signal into the wall of the suction tube, wherein the ultrasonic sensor is in contact with an additional mass made on the side of the ultrasonic sensor, which is facing away from the suction tube, while the additional mass is made to increase the sensitivity of the ultrasonic sensor,
a control device for controlling an ultrasonic sensor for emitting an ultrasonic signal in a predetermined frequency range containing a plurality of frequencies,
a receiver for receiving the attenuated ultrasonic signal in the wall of the suction tube depending on the frequency in a given frequency range, and
a suction device for creating a vacuum in the suction pipe for suctioning liquid into the suction pipe or pumping liquid through it.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102008009626A DE102008009626A1 (en) | 2008-02-18 | 2008-02-18 | Method for checking the state of a pipette, pipetting method, pipetting device and suction tube for a pipetting device |
| DE102008009626.1 | 2008-02-18 | ||
| PCT/EP2009/000380 WO2009103392A1 (en) | 2008-02-18 | 2009-01-22 | Method for checking the state of a pipette, pipetting method, pipetting device, and suction tube for a pipetting device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010138578A RU2010138578A (en) | 2012-03-27 |
| RU2518045C2 true RU2518045C2 (en) | 2014-06-10 |
Family
ID=40785361
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010138578/28A RU2518045C2 (en) | 2008-02-18 | 2009-01-22 | Method of pipette state monitoring, method of pipetting, pipetting device and suction pipe assembly for pipetting device |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8726746B2 (en) |
| EP (1) | EP2247927B1 (en) |
| JP (1) | JP5384527B2 (en) |
| CN (1) | CN101952693B (en) |
| AU (1) | AU2009217091B2 (en) |
| BR (1) | BRPI0908248A2 (en) |
| DE (1) | DE102008009626A1 (en) |
| ES (1) | ES2650264T3 (en) |
| PL (1) | PL2247927T3 (en) |
| RU (1) | RU2518045C2 (en) |
| WO (1) | WO2009103392A1 (en) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2959822B1 (en) * | 2010-05-07 | 2013-04-12 | Thales Sa | DEVICE FOR MONITORING A PRESSURE MEASURING PROBE OF A FLOW AND PROBE COMPRISING THE DEVICE |
| DE102011006581A1 (en) | 2011-03-31 | 2012-10-04 | Hamilton Bonaduz Ag | Condition monitoring of a pipette tip with internally coupled piezoelectric elements |
| DE102011075828A1 (en) * | 2011-05-13 | 2012-11-15 | Hamilton Bonaduz Ag | Method for controlling an amount of dosing liquid present in a pipette tip by means of vibration detection and device therefor |
| US9302234B2 (en) * | 2012-10-09 | 2016-04-05 | Kunio Misono | Stirring devices |
| ITMI20121803A1 (en) * | 2012-10-24 | 2014-04-25 | Altergon Sa | METHOD AND MEASUREMENT AND CONTROL DEVICE FOR THE DOSAGE OF SMALL QUANTITIES OF FLUID BY MEANS OF NEEDLE RESONANT, AND NEEDLE RESONANT SUITABLE FOR THE PURPOSE |
| WO2015057868A1 (en) * | 2013-10-17 | 2015-04-23 | Siemens Healthcare Diagnostics Inc. | Methods and apparatus for measuring aspiration pressure |
| WO2016001083A1 (en) * | 2014-06-30 | 2016-01-07 | Ventana Medical Systems, Inc. | Specimen processing systems, pipette assemblies and methods for preparing reagents |
| WO2016049378A1 (en) * | 2014-09-24 | 2016-03-31 | Duke University | Disposable pipette tip and methods of use |
| CH712735A1 (en) * | 2016-07-22 | 2018-01-31 | Tecan Trading Ag | Pipetting device with a liquid volume sensor and liquid processing system. |
| WO2019018152A1 (en) * | 2017-07-18 | 2019-01-24 | Molecular Devices, Llc | Object picking apparatus with imaging-based locating of pipette tip |
| WO2019133424A1 (en) * | 2017-12-28 | 2019-07-04 | Formulatrix, Inc. | Pipette tip for and method of automatically maintaining pipette tip depth in a fluid |
| DE102019203753B3 (en) * | 2019-03-19 | 2020-09-03 | Vega Grieshaber Kg | Detection of surface waves using a point level sensor |
| CN114303043A (en) * | 2019-07-02 | 2022-04-08 | 中尺度技术有限责任公司 | Apparatus and method for determining liquid contact and liquid volume in a liquid dispenser based on sound |
| CN112205881B (en) * | 2019-07-09 | 2022-02-25 | 佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 | Control method of cooking appliance and cooking appliance |
| CN110787851B (en) * | 2019-10-25 | 2020-12-04 | 浙江大学 | Multi-channel liquid drop quantitative measuring device and method based on pressure driving |
| WO2021086550A1 (en) * | 2019-10-28 | 2021-05-06 | Siemens Healthcare Diagnostics Inc. | Vibrating pipette tips and methods of preventing pipette tip stiction |
| JP7353223B2 (en) | 2020-03-10 | 2023-09-29 | 株式会社日立ハイテク | Liquid level detection device and automatic analysis device |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU845757A3 (en) * | 1978-08-04 | 1981-07-07 | Коммандииттиихтие Финнпипеттеосмо A.Суованиеми (Фирма) | Pipet |
| RU2142849C1 (en) * | 1996-03-22 | 1999-12-20 | Биохит Ой | Method of correction of temperature-dependent error of liquid metering and liquid metering device |
| JP2000157543A (en) * | 1998-11-27 | 2000-06-13 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | Ultrasonic wave probe |
| EP1596169A1 (en) * | 2004-05-14 | 2005-11-16 | F. Hoffmann-La Roche Ag | Level sensor apparatus for detecting contact of a pipetting needle with a liquid in a vessel |
Family Cites Families (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2768524A (en) * | 1953-10-06 | 1956-10-30 | Honeywell Regulator Co | Ultrasonic absorption measuring apparatus |
| JPH0682063B2 (en) * | 1986-10-16 | 1994-10-19 | 富士写真フイルム株式会社 | Liquid level detector |
| JPS6319520A (en) * | 1986-07-14 | 1988-01-27 | Fuji Photo Film Co Ltd | Liquid level detector |
| US4864856A (en) * | 1986-07-14 | 1989-09-12 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Liquid level detecting device |
| JP3151924B2 (en) * | 1992-03-31 | 2001-04-03 | 株式会社島津製作所 | Automatic dispensing device for analyzer |
| DE69320632T2 (en) | 1992-06-08 | 1999-04-15 | Behring Diagnostics Inc | LIQUID DISPENSER SYSTEM |
| US5428997A (en) | 1992-07-20 | 1995-07-04 | Pasteur Sanofi Diagnostics | Method of and device for fluid surface detection using an ultrasonic transducer |
| DE4313216C2 (en) * | 1993-04-22 | 1995-12-14 | Max Planck Gesellschaft | Ultrasonic measuring device with at least one non-piezoelectric resonator chamber body and externally arranged electro-acoustic transducers |
| US5705750A (en) | 1995-03-15 | 1998-01-06 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Ultrasonic sensor and pipetting apparatus using same |
| FI101864B (en) | 1995-07-07 | 1998-09-15 | Biohit Oy | Method for correcting liquid dosing errors, and liquid dosing device |
| US5906795A (en) * | 1996-04-08 | 1999-05-25 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Pipetting apparatus |
| US6232129B1 (en) * | 1999-02-03 | 2001-05-15 | Peter Wiktor | Piezoelectric pipetting device |
| EP2230521A3 (en) | 2000-02-29 | 2013-11-13 | Gen-Probe Incorporated | Fluid dispense and liquid surface verification system and method |
| CN2413273Y (en) * | 2000-03-09 | 2001-01-03 | 同济大学 | Ultrasonic oil-water interface detector |
| CN2508235Y (en) * | 2001-12-05 | 2002-08-28 | 武汉大学 | Fixen point liquid level ultrasonic measurer for container |
| DE10203461A1 (en) * | 2002-01-28 | 2003-08-14 | Grieshaber Vega Kg | Vibration level sensor |
| US6644119B1 (en) * | 2002-06-28 | 2003-11-11 | The Regents Of The University Of California | Noninvasive characterization of a flowing multiphase fluid using ultrasonic interferometry |
| US7043969B2 (en) * | 2002-10-18 | 2006-05-16 | Symyx Technologies, Inc. | Machine fluid sensor and method |
| US7444856B2 (en) * | 2004-09-23 | 2008-11-04 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Sensors for electrochemical, electrical or topographical analysis |
| CN100537246C (en) * | 2005-11-30 | 2009-09-09 | 精工爱普生株式会社 | Liquid container |
| US7681449B2 (en) * | 2006-02-28 | 2010-03-23 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Metal loss rate sensor and measurement using a mechanical oscillator |
| JP4992338B2 (en) * | 2006-08-11 | 2012-08-08 | セイコーエプソン株式会社 | Method for manufacturing liquid container |
-
2008
- 2008-02-18 DE DE102008009626A patent/DE102008009626A1/en not_active Ceased
-
2009
- 2009-01-22 JP JP2010546229A patent/JP5384527B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2009-01-22 EP EP09711764.2A patent/EP2247927B1/en not_active Not-in-force
- 2009-01-22 BR BRPI0908248-4A patent/BRPI0908248A2/en not_active Application Discontinuation
- 2009-01-22 WO PCT/EP2009/000380 patent/WO2009103392A1/en active Application Filing
- 2009-01-22 PL PL09711764T patent/PL2247927T3/en unknown
- 2009-01-22 ES ES09711764.2T patent/ES2650264T3/en active Active
- 2009-01-22 RU RU2010138578/28A patent/RU2518045C2/en not_active IP Right Cessation
- 2009-01-22 AU AU2009217091A patent/AU2009217091B2/en not_active Ceased
- 2009-01-22 US US12/867,863 patent/US8726746B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2009-01-22 CN CN200980106161.6A patent/CN101952693B/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU845757A3 (en) * | 1978-08-04 | 1981-07-07 | Коммандииттиихтие Финнпипеттеосмо A.Суованиеми (Фирма) | Pipet |
| RU2142849C1 (en) * | 1996-03-22 | 1999-12-20 | Биохит Ой | Method of correction of temperature-dependent error of liquid metering and liquid metering device |
| JP2000157543A (en) * | 1998-11-27 | 2000-06-13 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | Ultrasonic wave probe |
| EP1596169A1 (en) * | 2004-05-14 | 2005-11-16 | F. Hoffmann-La Roche Ag | Level sensor apparatus for detecting contact of a pipetting needle with a liquid in a vessel |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BRPI0908248A2 (en) | 2015-07-21 |
| JP2011512528A (en) | 2011-04-21 |
| CN101952693A (en) | 2011-01-19 |
| CN101952693B (en) | 2014-04-16 |
| AU2009217091A1 (en) | 2009-08-27 |
| ES2650264T3 (en) | 2018-01-17 |
| JP5384527B2 (en) | 2014-01-08 |
| EP2247927B1 (en) | 2017-09-20 |
| WO2009103392A1 (en) | 2009-08-27 |
| DE102008009626A1 (en) | 2009-08-27 |
| PL2247927T3 (en) | 2018-02-28 |
| RU2010138578A (en) | 2012-03-27 |
| US8726746B2 (en) | 2014-05-20 |
| AU2009217091B2 (en) | 2014-07-17 |
| US20110000276A1 (en) | 2011-01-06 |
| EP2247927A1 (en) | 2010-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2518045C2 (en) | Method of pipette state monitoring, method of pipetting, pipetting device and suction pipe assembly for pipetting device | |
| US8858718B2 (en) | Plate washing system with ultrasonic cleaning of pipes and a control method thereof | |
| JP5277214B2 (en) | Automatic analyzer | |
| KR101125602B1 (en) | Probe for oil viscosity and method and apparatus for monitoring oil viscosity with the same | |
| JP4754873B2 (en) | Liquid level detection device for detecting contact between pipette needle and liquid in container | |
| JP5814886B2 (en) | Liquid container and liquid level measurement method using the same | |
| EP0318545B1 (en) | Sonic system for measuring liquid height or level | |
| JP2006170987A (en) | Pipette apparatus connected to liquid level detection and/or bubble detection | |
| US10739172B2 (en) | Measuring device | |
| JP6305797B2 (en) | Liquid level detector and automatic analyzer | |
| US7281413B2 (en) | Acoustic method for determining the viscosity and/or surface tension of a liquid | |
| US8180582B2 (en) | System and method for sensing liquid levels | |
| US7661289B1 (en) | Method for calibrating an acoustic droplet dispensing apparatus | |
| US8006554B2 (en) | Filter and SPE plate clogged well detection | |
| EP1604741A1 (en) | Method and apparatus for dispensing a liquid with a pipetting needle | |
| JP2010096643A (en) | Dispenser, specimen processor using the same, and automatic analyzer | |
| JPH11125638A (en) | Dispensing apparatus | |
| JP7181821B2 (en) | automatic analyzer | |
| CN113522388A (en) | Ultrasonic liquid transfer device and method | |
| JP3964946B2 (en) | Dispensing device | |
| CN215783444U (en) | Ultrasonic liquid transfer device | |
| CN115628702A (en) | Ultrasonic liquid-transferring focus composite positioning method | |
| KR20190070324A (en) | Method and device for compensating coupling non-uniformity in ultrasonic testing | |
| CN104969077B (en) | The resonance needle for measuring and controlling the method and apparatus of a small amount of fluid dosage using needle is resonated and be suitable for this purpose |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200123 |